（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）基于功率分解理論的用戶實時電價研究.pdf

華北電力人學碩士學位論文 摘要 電價機制作為電力市場建設的核心問題，起到了調節(jié)供需，合理配置資源的作用。 傳統(tǒng)的銷售電價制定基于綜合成本法，基本上還是沿用了政府定價的機制，一定程度上 阻礙了市場的健康運行。經典實時電價理論的提出，為市場主體提供了決定其市場行為 的經濟信號，但是該方法不能很好的適應發(fā)電競價機制，并存在著收支不平衡的缺點。 本文基于功率分解理論，依據(jù)物理潮流流向，明確了市場中各負荷消耗電能和網損的來 源，提出了在p a b 和s m p 兩種結算機制下用戶實時電價的計算方法，實現(xiàn)了和競價上網 電價的聯(lián)動。在此基礎上引入用戶響應對電能消費的影響，并根據(jù)算例驗證了該方法對 于抑制電價上升和平抑用電需求的作用。 關鍵詞：實時電價，功率分解，用戶響應 a b s t r a c t t h e p r i c ef o r m i n gm e c h a n i s m ，w h i c hi st h ec o r eo ft h ep o w e rm a r k e td e v e l o p m e n t ，c a n a d j u s ts u p p l e m e n ta n dr e q u i r e m e n t ，a l l o c a t er e s o u r c e sr e a s o n a b l y t h ec o n v e n t i o n a lr e t a i l p r i c eb a s e do ne m b e d d e dc o s tm e t h o d ，w h i c hi sf o r m e db yt h eg o v e r n m e n to ro t h e ra g e n c yo f p o w e r , o b s t r u c t st h eh e a l t h yo ft h em a r k e t t h ec l a s s i c a lr e a l t i m ep r i c i n gt h e o r yo f f e r s e c o n o m i cs i g n a l sf o rt h em a r k e tp l a y e r b u tt h i st h e o r yc o u l d n ta d a p tt h em e c h a n i s mo f c o m p e t i n gp r i c ew e l la n de o u l d n tb a l a n c et h ei n c o m ea n de x p e n s e s t h i sp a p e rb a s e do n p o w e ra l l o c a t i o nt h e o r yc o n f i r m st h ep o w e rs o u r c ew h i c ht h el o a d sa n dn e t w o r kl o s s c o n s u m e da c c o r d i n gt ot h er e a lp h y s i c a lf l o w a n di nt h i sp a p e rac o n s u m e rr e a l t i m ep r i c e c a l c u l a t i n gm e t h o di si s s u e dw h i c hc a na d a p tt w od i f f e r e n ts e t t l e m e n tm e c h a n i s m ss u c ha s s m pa n dp a b i nt h i sp a p e r , t h ec o n s u m e rr e s p o n s ei su s e di n a n a l y s i st h ea l t e r a t i o no f p o w e rc o n s u m ea n di nt h ee n dae x a m p l ei sg i v e nt oi m p r o v et h i sr e a l - t i m ep r i c ec a l c u l a t i n g m e t h o dc a ni n h i b i tt h ep r i c es p i k i n ga n dr e s t r a i nt h ep o w e rc o n s u m ea sw e l l k e yw o r d s ：r e a l t i m ep r i c e ，p o w e ra l l o c a t i o n ，c o n s u m e rr e s p o n s e 聲明尸明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文基于功率分解理論的用戶實時電價研 究，是本人在華北電力大學攻讀碩士學位期間，在導師指導下進行的研究工作和取得 的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標注和致謝之處外，論文中不包含其他人 已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學或其他教育機構的學位或 證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了 明確的說明并表示了謝意。 學位論文作者簽名：! 軍旦日 期：蘭墮：蘭：! 關于學位論文使用授權的說明 本人完全了解華北電力大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：0 學校有權保管、 并向有關部門送交學位論文的原件與復印件；學校可以采用影印、縮印或其它復制手 段復制并保存學位論文；學?？稍试S學位論文被查閱或借閱：學校可以學術交流為 目的，復制贈送和交換學位論文；同意學?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學 位論文的全部或部分內容。 ( 涉密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 作者簽名：導師簽名： 華北電力大學碩十學位論文 1 1 研究背景 第一章概述 二十世紀九十年代以來，世界各國掀起了電力市場改革的浪潮，各國對垂直一 體化經營的電力系統(tǒng)不同程度地放松或解除管制、引入競爭、提高效率，將電量、 輸電服務、輔助服務等商品，盡可能精確地表示為電價，將電力系統(tǒng)的各種操作以 經濟尺度加以衡量，在所有市場參與者之問公平、公正的分攤相關費用n 1 。電價改 革作為電力市場改革的關鍵因素之一，是電力市場的杠桿和核心內容，對電力市場 的形成和發(fā)展有著重要的作用。 長期以來，電價的計算方法一直采用基于成本的會計學方法，并按照負荷類型 不同分類制定，這種缺乏彈性的價格制定機制在當前的電力市場條件下已經越來越 不適應。隨著電力市場的不斷完善和競爭程度的同益激烈，人們對于基于經濟學原 理的定價方法，如邊際成本法、當量電價法的研究越來越多并同漸成熟乜。3 1 。1 9 8 8 年，s c h w e p e e 等人從經典經濟調度理論出發(fā)，提出了實時電價理論，該理論是在考 慮運行和基本投資的情況下，在給定的極短時段( 3 0 m i n 、1 0 m i n 或者5 m i n ) 內向 用戶提供電能的邊際成本h 1 。作為一種基于短期邊際成本的定價方法，實時電價理 論能夠反映電力市場的瞬時供需平衡，并對電力用戶的電能消費起到價格杠桿作 用。 不過，傳統(tǒng)的實時電價計算方法畢竟是從垂直一體經營方式下的電力系統(tǒng)中發(fā) 展而來，在目前以及將來的電力市場情況下，特別是發(fā)、供、配市場分離的情況下， 如何適應市場競爭及交易模式的發(fā)展，形成合理的既能夠引導用電消費，提供合理 經濟信號，又能夠反映實際的物理潮流，令市場參與者信服的電價制定方法，并依 據(jù)此方法制定電價，有效調節(jié)電能生產、輸送、消費等各個環(huán)節(jié)的經濟行為，需要 更進一步的研究。 1 2 電價在電力市場中的核心地位 目前在世界范圍內進行的電力工業(yè)體制改革，要求無論是國營的還是私營的電 力公司都必須面向市場，參與競爭。改革的主要內容有兩個： 一、實現(xiàn)電網開放，打破發(fā)電、輸電、配電、售電一體化的傳統(tǒng)結構和地區(qū)性 壟斷； 二、以市場理論為基礎，強化電價的經濟信號功能及市場協(xié)調功能。 華北電力人學碩十學位論文 其中，第一個內容是第二個內容得以實施的條件與保證，后者將具體體現(xiàn)電力 工業(yè)提高效益，增強活力的改革目標。 電價在電力市場的實現(xiàn)過程中占據(jù)著核心地位，電力市場的理論問題集中在電 價上，具體表現(xiàn)為將電力從生產到消費的一切行為都用價格( 費用) 表示出來，例 如：峰谷電價計算；無功電費的計算；檢修費用的計算；備用容量費用計算；輸電 損耗費用計算；輔助服務定價；事故損失費用等等。利用電價在市場環(huán)境中的經濟 信號作用，指導、調節(jié)、控制電力生產與消費，從而達到優(yōu)化資源配置，合理組織 生產，提高社會經濟效益的目的瞄1 。 電價在電力市場中的核心地位是同其具有的功能分不開的。 首先，電價不論是在一個政府定價的完全壟斷的環(huán)境中，還是在一個充分競爭 的市場環(huán)境中，財務核算是其最基本的功能，一方面電力生產服務部門依據(jù)電價獲 取收益，維護生產與再生產，另一方面用戶依據(jù)電價決定用電，核算其用電成本。 其次，電價在市場環(huán)境中起著促進生產，引導消費的經濟信號作用。這里需要 突出強調的電價引導消費的負荷管理功能，電價的負荷管理功能將用戶與電力系統(tǒng) 更緊密地聯(lián)系起來，使電力供需雙方在一個平等的地位，針對電價做出相應反應， 同時也影響電價的變化，最終達到供需平衡。 此外，電價通過市場機制完成從資源配置、組織生產到產品分配等一系列工作。 合理的電價體系在滿足市場參與者追求自身效益最大化的同時，也實現(xiàn)了社會效益 的最大化。 最后，電價作為國家能源政策等一系列經濟、政治政策的實現(xiàn)手段，在國民經 濟生活中起著重要作用。即使在自由的市場環(huán)境中也不排斥政府運用信貸、稅收、 許可證等手段干涉價格從而達到更高的政治目的。 1 3 制定電價的原則 m m u n a s i n g h e 在文獻 6 中提出對電價的要求為： 1 正確反映資源價值，使資源不但在國民經濟各部門而且在電力工業(yè)內部合理 配置，使供需更有效地銜接； 2 滿足公正公平原理，例如：公正地按用戶邊際成本分配費用，維護電價相對 穩(wěn)定，向低收入者提供最基本服務等： 3 使電力系統(tǒng)得到合理收益，以滿足電力再生產的需要； 4 體系簡潔易懂； 5 其它一些經濟政策約束。 基于電價應實現(xiàn)的功能，一般歸納出以下制定電價時應遵循的基本原則： 1 成本與合理收益原則： 2 華北電力大學碩十學位論文 2 公平公正原則； 3 提供合理經濟信號原則； 4 實現(xiàn)國民經濟政策原則。 由于電力工業(yè)天然具有的壟斷性與由于電力工業(yè)天然具有的壟斷性與公益性， 成本與合理收益原則一直是制定電價的主要原則。如我國電力法第三十六條關 于電價的定價原則規(guī)定，“制定電價，應當合理補償成本，合理確定收益，依法計 入稅金，堅持公平負擔，促進電力建設。從中可以看出我國電價是以成本為基礎 的電價，電價中包括了三部分，合理成本、合理收益及法定稅金。 電價提供合理的經濟信號指的是價格能真實反映生產成本及供需狀況，依據(jù)該 電價做出的投資決策、生產和消費調整有利于資源的充分利用，有利于社會效益的 取得。 此外，制定的電價還應具有可執(zhí)行性，結合相關電力系統(tǒng)特點，與當時、當?shù)?的軟硬件條件相適應。 1 4 電價形成機制7 。8 1 機制泛指一個工作系統(tǒng)的組織或部門之間相互作用的過程和方式。電價形成機 制指制定電價過程中所依據(jù)的一系列原則，基本的著眼點和具體的方法。 宏觀分析模型：將電力工業(yè)視為國民經濟系統(tǒng)的一個部門，從宏觀角度掌握國 民經濟總產值與國民收入、積累和消費比例、投資大小及方向，以及各部門的投資 產值、部門間的交換量和比價關系等重要信息，從而可以粗略地估算某些政策參量 如利潤率、折舊率、價格( 比價) 及稅收。宏觀模型中電力工業(yè)被大為簡化，電力生 產中具體的、復雜的關系不能得以全面地反映與描述，價格未深入到電力系統(tǒng)內部 的運營。 投資決策研究模型：由于電力工業(yè)是資金密集的部門，電力工程項目一般投資 大，建設、使用周期長，對電價水平反應靈敏。以技術經濟分析為基礎，對具體工 程項目進行評估，可以得到電價的一個可行區(qū)域，但是所制定的電價存在“就事論 事 、結論粗糙的缺點，也未涉及電力系統(tǒng)運行特點，因而不適用于實際電價的制 定。 價格模型：運用經濟學的生產理論、供需理論，研究在市場環(huán)境中形成電價的 模型與方法。價格模型按歷史發(fā)展可分為綜合成本定價、邊際成本定價和報價定價 三種主要形式，如圖i - i 所示。 3 華北電力人學碩十學位論文 時間( 務甲衡 持電力工業(yè) 續(xù)發(fā)展 衡供需 化系統(tǒng) 源配置 化競爭機制 一步發(fā)揮市場的 理與調控作用 圖1 - 1 電力價格模型的歷史發(fā)展 從價格模型的發(fā)展可以看到，電價從單純的財務結算功能向電力的生產和消費 指導功能轉變，從而更有利于經濟性、公平性的實現(xiàn)。 可以預見電價形成機制今后發(fā)展的動力主要來源于以下幾方面： 1 強化價格的經濟信號作用，以實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，包括電力工業(yè)在國民經 濟中的比重，電能在整個能源中的比重，電力工業(yè)內部各部分的比重： 2 重視電力用戶的作用，強調用戶的權利，通過負荷側管理將用戶的競爭引入 電力市場； 3 著眼未來，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。例如，環(huán)境保護因素將在今后的電價中占據(jù)越 來越大的份額。 1 5 國外電價形成機制 1 5 1 國外實行市場化改革電力市場電價機制 1 5 1 1 英國能量電價模式【1 1 - 1 2 l 英國于1 9 8 9 年在全球范圍內率先提出了電力工業(yè)市場化改革的放向。1 9 9 0 年， 英國開始實行廠網分開、競價上網。l9 9 0 1 9 9 5 年，發(fā)電公司、配電公司、國家電 4 一一 一 =：=一一一一 f 9 華北電力大學碩士學位論文 網公司的股票陸續(xù)上市。到8 年后的1 9 9 7 年，正式頒布電力法，解散中央發(fā)電局 ( c e g b ) ，拍賣電廠和地區(qū)供電局的股份，并將國家控制的電網也以私有資本代替， 形成電力工業(yè)私有化的格局。 英國早期的電力市場采用電力庫( p 0 0 1 ) 模式。電力庫是電力市場的交易中心， 所有交易均需通過p o o l 來實現(xiàn)。p o o l 以電力庫購買價格p p p 向發(fā)電商購電，以電 力庫銷售價格p s p 售電。由于p o o l 中的電能價格存在不確定性，因此交易雙方需 要簽訂金融差價合同( c f d 或e f a ) 共同承擔價格風險。、 英國電力市場中的p p p 采用如下的公式進行計算： p p p = s m p + c e c e = l o l px ( v o l t s h i p ) 式中，s m p 為s y s t e mm a r g i n a lp r i c e ，即系統(tǒng)邊際運行電價( 電量電價) ，根據(jù) 機組報價和負荷數(shù)據(jù)算出。l o l p 為l o s so f l o a dp r o b a b i l i t y ，即容量不足概率，由 電網公司制定。v o l l 為v a l u eo f l o s tl o s s ，停電損失值，由政府確定。其中，p p p 中最主要的成分為s m p 價格，而與容量成本( c e ) 關系不大。 p s p 的計算公式： p s p = p p p + u p l i f t 式中，u p l i f t 為附加費或者上浮電價，反映輸電成本。 英國p o o l 模式電力市場經過近l o 年的運作，取得了很大成就，但也發(fā)現(xiàn)了不 少問題。因此，從2 0 0 0 年1 2 月起，新的電力市場模式開始運行，廢除原有的p o o l 模式，引入新的電力規(guī)約( n e t a ) 模式。進一步細分了市場，引入了遠期合同和期 貨、期權交易。并保留了現(xiàn)貨市場，拓展了新的實時平衡市場交易，并在平衡市場 中采用了p a b ( p a y - a s - b i d ) 的結算方式，即以機組的實際報價進行結算，抑制了 s m p 結算方式下發(fā)電商一些的投機行為。目前，新的電力市場模式運行情況良好。 1 5 1 2 美國p j m 能量市場電價模式【1 3 - 1 4 l p j m 是經美國聯(lián)邦能源管制委員會( f e r c ) 批準，于1 9 9 7 年3 月3 1 日在東部 特拉華州成立的一個非股份制有限責任公司，它實際上是一個獨立系統(tǒng)運營者 ( i s o ) 。p j m 的前身是p j m 電力聯(lián)營體( p o w e rp 0 0 1 ) ，該電力聯(lián)營體由賓西法尼亞 ( p e n n s y l v a n i a ) 、新澤西州( n e wj e r s e y ) 、馬里蘭州( m a r y l a n d ) 的三家電力公 司組建的世界上第一個電力聯(lián)營體。目前、p j m 負責美國大西洋沿岸中部五個州和 一個特區(qū)電力系統(tǒng)的運行與管理。 p j m 電力市場目前由日前電力市場、期貨市場以及實時市場組成。日前市場采 用投標的方式進行并按照綜合評估的結果確定機組發(fā)電計劃，投標設最高限價，賣 方最高報價不得超過1 0 0 0 美元m w h 。市場根據(jù)系統(tǒng)運行的實際狀態(tài)( 輸電損耗、 阻塞成本) 確定位置邊際電價( l m p ) ，其為發(fā)電邊際成本、輸電阻塞費用，邊際網 5 華北電力人學碩十學位論文 損費用之和，位置邊際電價與節(jié)點所在的地理位置有關，不同母線的l m p 價差就決 定了母線問的輸電阻塞價格。實時市場同樣采用l m p 價格，是同前市場的的補充， 為市場成員提供了一個調節(jié)調度計劃的機會，以5 m i n 為一個單位進行計算。 同時p j m 引入了容量信用市場、輔助服務市場和固定輸電權交易市場 1 5 2 一些未實行市場化改革國家的電價模式 1 5 2 1 法國的電價模式 法國電力長期由法國電力公司實行發(fā)、輸、售電一體化經營。從電價方面看， 法國電價以邊際成本法為基礎，其銷售電價、輸電電價制定都很有特色n 5 1 。 第一、輸電電價。輸電電價按電壓等級和利用小時來制定。 測算。測算采用郵票法，即輸電電價與電能輸送距離無關，且輸電費不分 攤給發(fā)電商，全部由消費者承擔。 分類。首先按照電壓等級分類，分為1 3 0 k v 一3 5 0 k v 和4 0 k v 一1 3 0 k v 兩類； 其次按電網利用小時數(shù)分類。電網利用小時等于輸電量除以申請容量。 第二、銷售電價。法國于1 9 8 6 年初修訂出一套新的電價，并開始實施。銷售 電價把用戶用電容量和電壓等級結合起柬進行分類，分為藍色、黃色和綠色電價三 大類： 藍色電價。適合于容量為3 k v a 一3 6 k v a 的低壓用戶，電價結構由年度電費 和電量構成，并按居民與農業(yè)用戶、市政和小工業(yè)不同類別分類制定不同的收費標 準； 黃色電價。適用于預定負荷在3 6 k v a 一2 5 0 k v a 的低壓用戶，黃色電價在藍 色電價與綠色電價之間起到較好的銜接作用： 綠色電價。適用于容量大于2 5 0 k v a 的中壓、高壓和超高壓用戶。綠色電 價又分成a 5 、a 8 、b 、c 四類。綠色電價均采取由用戶預定需量的方法。 法國電價體系的最大特點就是重視用戶選擇權。每一用戶都有多種計價模式可 供選擇。用戶供電規(guī)模越大，選擇余地就越大。 1 5 2 2 日本的電價模式 在日本的電力發(fā)展中，逐漸形成了以九大電力公司運營區(qū)域為基礎的九大電 網。在世界各國的電價政策方面，日本有著典型的特征n 引。 日本的電價管理有以下特點：1 、日本法律允許電力公司分地區(qū)壟斷經營，但 公司的電價制定要依法進行，經政府批準、公布實施。2 、按用電條件制定電價j 因電能不便貯存，電力公司必須按照最大需求量準備發(fā)、輸、變、配設備和線路， 其生產、運行和維護的費用均需以電費形勢收回。為使用戶公平負擔這些費用，則 華北電力人學碩+ 學何論文 需按照用戶用電電壓高低和用電時間、季節(jié)、以不同電價的方式分攤不同的費用。 3 、保持電價穩(wěn)定。電價波動對社會生產和生活影響較大，由于政府掌握批準權， 故在經濟波動或供求矛盾時，也能保持較長時間不變。日本的現(xiàn)行電價是以社會高 福利和推進節(jié)能為出發(fā)點的。對照明用電實行三段電價制，對電力用戶采用了特別 電價制。 第一、三段電價制：第一段是生活必需用電，電量限為1 2 0 k w h 月，其電價為 最低；第二段電量限為1 2 0 k w h 月到2 0 0 k w h 月，電價約為第一、第三段電價的平 均值；第三段用電為2 0 0 k w h 月以上，其電價為最高。這- n 度反映用電越多，電 費越高，這對節(jié)能和高消費有一定的調節(jié)作用。 。 第二、特別電價制：特別電價可以說是一種遞增電價，是參照歷史用電量確定 各類用戶的電量基準，對合同電量和用電量未超過基準電量的部分采用低價，對超 過部門采用分段遞增的高電價，新增用戶采用較高電價。 第三、季節(jié)電價制：為了滿足季節(jié)性高峰用電，需增加大量的發(fā)、供電設備和 線路，隨著季節(jié)變化，用電負荷減少時，設備利用率大幅度下降，使運行和維修成 本增加，根據(jù)成本為主的原則，必然在電價上有所反映。此外，對于任何季節(jié)，都 存在晝夜峰谷差，因而還有白晝和夜間的峰谷電價制。 第四、二部電價制：在各種電價中，除定額照明電價按一部電價制外，其余各 類用電電價均為基本電價( 即容量電價) 加電量電價的二部電價制。 1 6 我國電價機制及存在的問題 1 6 1 我國電價的發(fā)展 在我國電力工業(yè)發(fā)展歷程中，電價制度也隨著不同的市場狀況而調整，總結起 來主要分為三個階段n ： 第一階段：還本付息電價 改革開放以前，我國電力項目由國家統(tǒng)一建設，電價由國家統(tǒng)一管理。進入2 0 世紀8 0 年代中期，我國經濟進入快速增長階段，由于電力建設資金不足，電力工 業(yè)發(fā)展緩慢，電力供應無法滿足國民經濟對電力的需求，出現(xiàn)了全國性的嚴重缺電 局面。1 9 8 5 年，全國發(fā)電容量缺口約1 2 0 0 萬千瓦，用電量缺口達到7 0 0 億千瓦時。 為調動社會各方面投資辦電的積極性，解決電力瓶頸問題，1 9 8 5 年，國務院實 行了多家辦電和多渠道集資辦電的政策，與此相適應，實行了多種電價制度：一是 對集資興建的電廠實行還本付息電價，允許新建成的電力項目按照還本付息需要核 定電價；二是實行“燃運加價”政策，允許電價隨燃料、運輸價格的調整而相應調 整；三是出臺“二分錢 電力建設基金政策，作為地方電力建設的資金來源。 7 華北電力大學碩十學位論文 實踐證明，集資辦電政策和多種電價制度的實施，改變了中央政府獨家辦電的 單一的計劃電價局面，調動了社會各方面投資辦電的積極性，有力地促進了我國電 力工業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，1 9 8 5 年至1 9 9 5 年間，地方自籌和利用外資籌集電力建設 資金達1 9 0 0 億 - - - 2 0 0 0 億元，占我國電力總投資的一半左右。從1 9 8 8 年開始，連續(xù) 1 1 年年均新增裝機容量超過1 0 0 0 萬千瓦。還本付息電價制度吸引大量社會資金建 設電廠，為解決該時期內的電力供應不足發(fā)揮了巨大作用。 第二階段：經營期電價 2 0 世紀9 0 年代中后期，受電力高速發(fā)展和宏觀調控政策雙重影響，一些地區(qū) 在部分時段出現(xiàn)了電力供大于求的情況。這時，以個別成本為基礎定價的還本付息 電價政策顯示出弊端。結果使電力項目造價越來越高，“八五”期間的發(fā)電機組平 均造價比“七五 提高了約一倍。小火電盲目發(fā)展，劣化了資源配置。 為改變成本無約束、價格無控制的狀況，1 9 9 8 年，國家適時調整電價政策，以 “經營期電價”政策取代“還本付息電價 政策。這一政策主要是將電力項目還貸 期還本付息定價，改為按社會平均成本定價，同時統(tǒng)一規(guī)范了電力企業(yè)資本金收益 率水平。 這一政策實行后，原來的“一廠一價、一機一價 的電價方式逐步向按標準成 本的定價方式過渡，新項目的上網電價平均每千瓦時降低了5 分錢左右。此舉使電 力項目還貸高峰期保持了電價水平的基本穩(wěn)定，為保持我國經濟競爭力創(chuàng)造了條 件，同時，對促進電力企業(yè)加強管理、提高效率發(fā)揮了積極作用。 第三階段：適應市場化改革的分環(huán)節(jié)電價 2 0 0 2 年，電力體制改革步入實質性操作階段，2 0 0 2 年底，中央層面上實現(xiàn)了 廠網分開，建設競爭性電力市場的改革試點也正在穩(wěn)步推進。原有的政府定價方式 受到空前挑戰(zhàn)：利益主體由電力企業(yè)、用戶擴展為電廠、電網和消費者等；電力市 場競價模式的研究也與原有的單一政府定價發(fā)生矛盾；電價將擴展為發(fā)、輸、配、 售四大環(huán)節(jié)。此次建立的分環(huán)節(jié)電價機制適應了電力體制改革和市場競爭，與前兩 次電價改革相比，更為復雜，影響更為深遠。 目前為止，分環(huán)節(jié)電價制度仍然在探索中，還沒有全國范圍內建立起來。只是 在一部分發(fā)電機組和地區(qū)進行試點。當前的電力供應形勢要求盡快建立分環(huán)節(jié)電價 形成機制，既刺激供給，吸引電力長期投資，提高效率，又通過價格杠桿抑制不合 理的需求，以達到電力供求的動態(tài)平衡。 1 6 2 目前我國銷售電價的主要問題 銷售電價是直接面向用戶的電價，其定價要在上網電價、輸配電價的基礎上， 再考慮供電損失和供電管理費用而形成。根據(jù)2 0 0 5 年3 月2 8 日出臺的銷售電價 8 華北電力大學碩七學何論文 管理暫行辦法8 。，目前的銷售電價體系是一個分類、分部、分時電價體系。目前 存在的主要問題是： 第一、當前的銷售電價完全由政府制定，無法準確體現(xiàn)電價中的發(fā)電成本、輸 配成本等分量。雖然我國也出臺了上網電價管理暫行辦法、輸配電價管理暫行 辦法，來對電力市場條件下上網電價和輸配電價進行指導，但是，電能的發(fā)、輸、 供、配的一體市場沒有形成，最終的銷售電價仍然保留了相當濃厚的計劃經濟和政 府制定的色彩，沒有很好地和上網電價、輸配電價進行聯(lián)動，其合理性值得懷疑。 第二、當前的銷售電價模式缺乏競爭機制的形成基礎。用戶無法選擇電能消費 的時間和價格，只能按照事先制定好的價格消費電能，對市場供求的反應敏感性低， 對于將來電力市場零售側打破壟斷引入競爭不利。同時，統(tǒng)一的價格加大了負荷側 管理的難度，會造成峰谷差的進一步加大。 第三、當前的銷售電價機制存在著較為嚴重的交叉補貼現(xiàn)象。工業(yè)用電、商業(yè) 用電和居民用電之間的交叉補貼造成了工業(yè)用戶和商業(yè)用戶負擔過高。這種現(xiàn)象的 存在不僅不符合經濟效率要求的邊際成本原則，也不利于我國的工業(yè)和商業(yè)發(fā)展。 因此，改革現(xiàn)有的銷售電價機制，建立符合物理潮流，同上網電價、輸配電價 聯(lián)動并最終能夠引導電能消費，促進銷售側電力市場競爭和用戶選擇的銷售電價形 成新機制，既是電力市場化改革不斷深入的要求，也是利用市場機制調配電能生產、 輸送、消費各環(huán)節(jié)資源分配的要求，是電力產業(yè)市場化改革的重要目的。 1 7 本文所做的主要工作 本文首先對國外典型的電力市場以及未實行市場化改革的國家的電價形成方 法做了簡要介紹。分析了我國現(xiàn)行的銷售電價機制并指出了其存在的問題。同時， 本文對經典實時電價的算法做了闡述，總結了其優(yōu)點并提出其不適應當前電力市場 組織形式及有可能造成電能商品收支不平衡的局限性。 本文在功率空間內討論網絡中功率的分布問題，通過分析網絡功率組成及其分 量的不同形式，明確了發(fā)電成本和網絡損耗在各個負荷處的分攤。并在斷面潮流已 知的情況下，根據(jù)成本分攤的結果，得出了各負荷節(jié)點實時電價的計算方法。通過 對這一方法的驗證，得出了該方法可以在電網的物理潮流和成本分布上保持守恒， 并能夠反應實際物理潮流流向。 本文分析了系統(tǒng)邊際電價結算法( s m p ) 和按照實際機組報價結算( p a b ) 對 于電價計算結果的影響，指出了基于s m p 競價模式節(jié)點電價的差異是網絡損耗在 負荷中分攤結果不同結果，p a b 競價模式下節(jié)點電價的差異不僅反映負荷分攤的不 同還反映發(fā)電成本的差別。 本文引入了用戶需求價格彈性，在系統(tǒng)實行實時電價的情況下分析了需求在價 9 華北電力大學碩十學位論文 格彈性作用下的變化情況。并根據(jù)發(fā)電商分段報價的特性，驗證了采用該實時電價 方法具有平抑用電需求，削峰填谷的負荷管理功能及抑制電價飛升的作用。 1 0 華北電力入學碩士學位論文 第二章實時銷售電價 電能實時定價較傳統(tǒng)固定定價法更能提高社會總體福利，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配 置。近2 0 年來，發(fā)達國家學者對這個問題進行了深入的研究，取得了一定的理論 成果。實時銷售電價同實時上網電價和實時輸配電價聯(lián)動，將用戶選擇和需求響應 引入到市場競爭中，對電力產業(yè)優(yōu)化資源配置，提高效率，有著重要的意義。目前， 雖然實時銷售電價的實行條件尚不成熟，電能計量、計算速度以及安全穩(wěn)定控制水 平等技術條件遠未達到實行實時銷售電價的要求，但不可否認實行實時銷售電價的 合理性、優(yōu)越性，實時銷售電價是電力市場電價發(fā)展的一個主要趨勢。 2 1 實時電價理論的提出、發(fā)展及局限性 2 1 1 實時電價理論的定義及其數(shù)學模型 早在1 9 8 0 年，美國m i t 的f c s c h w e p p e 教授就提出了這樣的構想：要改變傳 統(tǒng)的供求模式，并建立電力市場，就應像計算電壓和頻率那樣，計算和控制電能的 價格，即采用s p o tp r i c e ，它不僅隨時間變化( 最初設想為5 m i n ) ，而且區(qū)分節(jié)點( b u s ) 位置、事故和可靠性的電價。2 0 世紀8 0 年代中后期，s c h w e p p e 正式提出并建立了 實時電價理論h 1 。 根據(jù)s c h w e p p e 教授建立的數(shù)學模式，實時電價由八個分量組成，其數(shù)學表達 式為： 墳( f ) = y f ( f ) + y m ( t ) + y o , s ( f ) + 7 露( t ) + r l l , x ( f ) + 7 7 材，石( f ) + + 7 7 2 ，j ( t ) + r l x ，( f ) 式中，p k ( t ) 為第個用戶在時刻t 的實時電價；y 為發(fā)電分量，包括，f ( f ) 、 ( f ) 、y o , s ( f ) 、y 尺( f ) 四項；炸( f ) 為發(fā)電微增燃料成本；y m ( f ) 為發(fā)電微增維修成 本；y q , s ( f ) 為發(fā)電供電質量；7 盈( f ) 為發(fā)電收支協(xié)調；刁為輸電分量，包括r l l x ( f ) 、 k ( f ) 、，7 0 , s ( f ) 、1 7 k , h ( f ) 四項；r l l , x ( f ) 為網絡損耗微增成本；1 7 m , k ( f ) 是邊際網絡維 護成本； r l o , s ( f ) 為網絡供電質量；f k , h ( f ) 為網絡收支協(xié)調。 2 1 2 實時電價各分量的含義及其求解方法 1 邊際發(fā)電運行成本 邊際發(fā)電運行成本是指邊際發(fā)電燃料成本7 ，( f ) 和邊際發(fā)電維護成本( f ) 兩項 之和，可簡稱為系統(tǒng)五，計算公式為： 華北電力大學碩士學位論文 五：塑垡墜：! ! 魚呸塑( 2 - 1 )，k 。一， 。 a w g 。t 式中，c f ( ，) 、c 肘( ，) 分別為系統(tǒng)發(fā)電量為，時的燃料總成本和維護總 成本。五與系統(tǒng)發(fā)電量為睨，、機組狀況、水的可用率以及電力公司問的交易等因 素有關。以隨系統(tǒng)發(fā)電量k ，的增加而呈上升趨勢。 2 發(fā)電供電質量分量 發(fā)電供電質量分量y q , s ( r ) 的大小反映出整個系統(tǒng)發(fā)電容量的充裕程度。當電力 供應十分充足時，該值接近為零；當電力非常緊缺時，其值增大并趨于v o l l ( 缺電 損失值) 。 3 邊際網損成本和邊際網絡維護成本 邊際網損成本r l l x ( f ) ，是指用戶k 的負荷。發(fā)生微增變化，進而引起網損增 加所帶來的成本，它與用戶所在節(jié)點的位置有關。其數(shù)學表達式為： 乳以) - 【蹦卅m 卅枷) 】老 ( 2 2 ) 式中，呈鑒l 為第七個用戶的網損微增率。 a 上f 邊際網絡維護成本1 7 m , k o ) ，是指用戶k 的負荷。發(fā)生微增變化時，整個系統(tǒng) 網絡維護總成本所發(fā)生的微增變化。 4 網絡供電質量分量 網絡供電質量分量r l o , s ( f ) 反映用戶k 的負荷。發(fā)生微增變化時，電網各支路 輸送容量的充裕程度。當，微增時，如果第i 條支路的實際潮流遠遠小于其允許傳 輸容量，該支路的網絡供電質量分量矗，( f ) 數(shù)值將會很?。蝗绻趂 條支路的實際 潮流接近其允許傳輸容量，該支路的矗，( f ) 值將會迅速增大。 第k 用戶的負荷，微增時，各之路1 7 q , s i ( f ) 之和即為第七用戶總的網絡供電質 量1 7 ( f ) 。 5 收支平衡項 由前述結論可知，實時電價的計算是依據(jù)邊際成本理論。采用邊際成本定價， 必然帶來收支不平衡問題。對實時電價而言，造成收支不平衡的原因主要有兩個： 1 ) 實時電價只考慮電量成本，如燃料費和維護費等，而不考慮容量成本。 2 ) 從理論上說，邊際成本必然高于或者低于平均成本 顯然，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的收支平衡，就必須在實時電價的表達式中加入相應的修 正量或者調整量，即對發(fā)電分量采用7 足o ) 進行平衡，對輸電分量采用r l x , n ( f ) 進行 平衡。 1 2 華北電力人學碩七學位論文 平衡分量的存在，在一定程度上損害了邊際成本定價方法本身所具有的優(yōu)勢一 一電力市場的經濟導向作用。 2 1 3 實時電價理論的發(fā)展 9 0 年代后，實時電價理論從模型本身的完善和計算方法的進步兩方面都得到 了長足的發(fā)展。大多文獻是基于o p f 優(yōu)化模型，結合有功電價，或與有功電價算法 解耦而得出實時有功、無功電價。 文獻 1 9 應用修正的最優(yōu)潮流( o p f ) 研究了實時電價政策對用戶的影響，這 是o p f 應用于實時電價的首次嘗試。文獻 2 0 發(fā)展了這一模型，提出了利用o p f 求 解無功s p ( s p o tp r i c e ) 的方法，其最重要的貢獻是發(fā)現(xiàn)了o p f 對應于潮流平衡方 程的l a g r a n g i a n 乘子五。，五。與有功、無功負荷的實時電價具有相同的含義。文獻 2 1 提出了一種基于解耦o p f 的有功無功實時定價方法。文獻 2 2 研究了旋轉備用 的價格；文獻 2 3 專注于網損分配；文獻 2 4 提出了基于反饋機制的安全性定價問 題。文獻 2 5 提出了一種全面的實時定價模型，但是作者也承認求解這一大規(guī)模最 優(yōu)控制問題非常困難。 值得一提的是，隨著我國電力改革的深入，對電力市場理論也進行了大量的研 究工作。文獻 4 系統(tǒng)地介紹了影響實時電價的各種因素，對輔助服務的類型和定 價方法也進行了討論。文獻 2 6 從s c h w e p p e 的原始概念出發(fā)，應用了解耦的有功 無功經濟調度模型和二次規(guī)劃算法，并通過無功費用進一步考慮了有功、無功的耦 合關系。文獻 2 7 考慮網絡生產維護費用的輸電交易算法。文獻 2 8 提出了一種基 于n a s h 均衡的輸電交易算法。文獻 2 9 將用戶響應計算入實時電價形成過程中。 對于一個網絡結構確定的電力市場來說，電力負荷的變化使供電成本也隨之變 化。即使同一用戶，在不同的用電時間，對其供電的成本也是不同的。因此從理論 上講，電力市場實現(xiàn)實時電價可以最好地實現(xiàn)資源的有效配置。實時電價既反映了 系統(tǒng)的經濟特性，又反映了系統(tǒng)的安全可靠性；既為電廠提供了一個嚴格的發(fā)電調 度基礎，降低發(fā)電成本，又能提供一個閉環(huán)的反饋信息流，使用戶將控制權直接掌 握在自己手中，從而也降低了用電成本。 2 1 4 經典實時電價理論的局限性 1 由前述結論可知，經典實時電價的計算依據(jù)是邊際成本理論。采用邊際成 本定價，會帶來收支不平衡問題。為了實現(xiàn)發(fā)電廠商、電網公司的收支平衡，就必 須在實時電價的表達式中加入相應的修正量或調整量，這些分量的存在，在一定程 度損害了邊際成本定價方法本身所具有的優(yōu)勢電力市場的經濟導向作用。 2 限于時代的局限性，該經典算法仍然是以廠網一家的垂直壟斷性經營模式 1 3 華北電力大學碩十學位論文 為前提，依據(jù)傳統(tǒng)經濟調度理論( e d ) 和直流潮流( d cf l o w ) 建立數(shù)學模型。該 算法中的各項費用，不僅計算繁雜、不便于理解，而且簡化了電網模型，忽略了無 功和輸電費用分攤等等問題。事實上，該算法已經不能適應當前基于競價的電力市 場運營方式，對于電網開放，發(fā)電側競價上網甚至未來的零售側競爭的電力市場都 不具備實施條件。 2 2 用戶實時電價制實施歷程 美國是實施電力實時定價制最早和最成熟的國家。在過去的2 0 多年里，實時 定價制在美國電力行業(yè)的發(fā)展經歷了三個階段，而且每個階段定價結構及實施情況 都有不同的特征。 1 第一階段 美國加州于2 0 世紀8 0 年代中期率先在電力行業(yè)實行實時定價法。當時，美國 東南部的一些電力廠商因電力供應充足而面臨較為激烈的競爭。他們試圖采用實時 定價法來為用戶制定更接近于成本的電價，從而達到吸引更多用戶的目的。這一階 段實時電價有以下三個特征：第一個特征就是主要面向大工業(yè)用戶。第二個特征就 是采用單一的捆綁( b u n d l e d ) 價格，即全部采用實時波動的單一電價。相對于后來 采用的兩部式實時電價而言，這一階段的價格波動比較劇烈，用戶的風險很高。第 三個特征是收益中性( r e v e n u en e u t r a li t y ) 。如果用戶的平均負荷曲線接近行業(yè)平 均負荷曲線，那么由原來的定價方式改為r t p 不會增加用戶的支出。但是，如果用 戶的負荷特性與其所在供電系統(tǒng)的總體負荷存在較大的差異，那么其支出就有可能 受到實時電價的影響，而受影響程度取決于用戶的價格彈性，歸根結底取決于用戶 的用電特點，即在多大程度上能夠根據(jù)實時價格調整自己的用電負荷。這個原則由 于得到了大多數(shù)用戶和廠商本身的支持，因此在隨后的改革中保留了下來。 2 第二階段 2 0 世紀9 0 年代初期到中期，是電力實時定價法發(fā)展的第二個階段，并以 n i a g a r am o h a w k 公司的小時綜合定價法( h o u r l yi n t e g r a t e dp r i c i n gp i l o t ，h i p p ) 為標志。這一階段的定價方案針對早期r t p 所存在的缺陷進行了多項改進，其最重 要的特征就是以基數(shù)用電量為基礎的兩部式實時定價。首先，為了保證用戶最基本 的用電權利，廠商根據(jù)用戶的歷史用電情況，分配給用戶一個相當于其正常用電水 平的基數(shù)用電量( c u s t o m e rb a s e l i n el o a d ，c b l ) ，再根據(jù)這個c b l 和當前電價水 平算出用戶的電費支出。當電力供應趨于緊張而實時電價上漲時，如果用戶的實際 用電量超過其基數(shù)用電量，那么超出部分將按實時電價收費；如果用戶能將其實際 用電量控制在基數(shù)用電量以內，那么就可以享受與節(jié)約量相對應的“折扣 ( r e - b a t e ) 。也就是說，在這種定價方式下，高峰時段節(jié)約用電能為用戶創(chuàng)造價值， 1 4 華北電力人學碩十學位論文 即他們以較低的c b l 價格從電力公司購電，然后將節(jié)約部分以較高的實時價格回售 給電力公司，從而獲得兩者的價差。顯然，這種方法可以鼓勵電力用戶在高峰時段 節(jié)約用電。其次，這一階段的實時電價采用兩部式價格，電力廠商以固定電價( 容 量電價) 回收部分固定成本，用變動電價( 電量電價) 來收回變動成本，實時電價主 要是針對后者設計的。由于只有部分電價實時波動，因此能夠有效降低用戶的價格 風險。再者，有些電力廠商還采用可選實時定價( o p t i o n a lr t p ) 法。根據(jù)這種定價 法，電力廠商提前一小時把實行r t p 的消息告訴按傳統(tǒng)定價法支付電費的用戶，并 且允許他們在實行r t p 時段過后重新恢復采用以前的定價方法。t r a i n 和 m e h r e z ( 1 9 9 4 ) 認為，可選r t p 與常規(guī)電力定價方法相比更能增加社會福利口引。在歐 洲七個實行電力實時定價法的國家中，有六個國家采用可選r t p 口。 3 第三階段 2 0 世紀9 0 年代中期至9 0 年代末是r t p 發(fā)展的第三階段。這個階段的特征就是 通過多次實驗來確定和調整用戶的c b l 。以前實施的r t p 項目一般都由用戶參與項 目并確定其c b l 。但是，由于電力用戶所處的環(huán)境和r t p 價格會隨時間而變化，因 此在這一階段，設計者通過實驗不斷調整用戶的c b l 。調整c b l 的目的就是要讓廠 商和用戶共同分擔負荷變化所導致的風險并分享負荷變化所帶來的收益。與此同 時，有些公司還采用多種金融工具和j x l 險管理方法來幫助用戶規(guī)避價格波動的風 險，如價格上限( p r i c ec a p ) 和差價合同( c o n t r a c tf o rd i f f e r e n c e s ) 等，用戶還 可以選擇購買額外c b l 或將他們多余的c b l 回售給電力公司。這個階段是r t p 發(fā)展 的繁榮時期，當時在美國大約有3 2 個電力廠商自愿實施r t p 項目，參與用戶超過2 0 0 0 家p 羽。經濟學家也開始采用實驗經濟學方法研究用戶對r t p 的反應，試圖更加 準確地了解用戶對價格波動的反應和電力產品的價格彈性陽3 3 。 2 3 實施實時電價的兩個關鍵因素 2 3 1 價格反應( p ri c er e s p o n s i v e n e s s ) 價格反應或需求反應( d e m a n dr e s p o n s i v e n e s s ) ，是實時定價法取得成功的一 個重要因素。只有在用戶對廠商制定的實時電價做出積極反應的情況下，實時電價 制才能達到削峰填谷的目的。如果用戶對價格變化信號反應很小，那么說明實時電 價制沒有- 產生應有的作用；而用戶反應過大，則可能會使峰谷時段發(fā)生漂移，甚至 出現(xiàn)峰谷倒置、調峰失敗的情況5 。3 7 1 。美國加利福尼亞州2 0 0 0 - - - 2 0 0 1 年電力市場改 革失敗的一個重要原因，就是價格缺乏彈性口引。 價格反應事實上是價格彈性的同義詞。人們對電力市場價格反應的關注源于2 0 世紀7 0 年代。在這以前，西方國家在預測電力需求的增長時往往忽略電價的影響 1 5 華北電力大學碩士學位論文 作用，其后果自然是裝機容量迅速增加。有經濟學家指出，由于電力價格長期受嚴 格規(guī)制而低于其成本，因此消費者根本沒有動力減少電力消費。事實上，在價格可 變的前提下，相當一部分供給增加可以通過減少需求來替代。在人們明白這個道理 以后，便逐漸丌始實行需求側管理和最